Teoría científica

Albert Einstein describió dos tipos de teorías científicas: "Teorías constructivas" y "Teorías de principios". Las teorías constructivas son modelos constructivos de fenómenos: por ejemplo, Teoría cinética. Las teorías de principios son generalizaciones empíricas, como las leyes del movimiento de Newton.^[5]​

Según Mario Bunge «empezamos a comprender que el fin de la investigación no es la acumulación de hechos sino su comprensión, y que ésta solo se obtiene arriesgando y desarrollando hipótesis precisas que tengan un contenido empírico más amplio que sus predecesoras.»^[6]​Siguiendo a Bunge, existen dos formas de considerar las teorías:

• Las teorías fenomenológicas buscan «describir» fenómenos, estableciendo las leyes que establecen sus relaciones mutuas a ser posible cuantificadas. Procuran evitar cualquier contaminación «metafísica» o «esencial» tales como las causas, los átomos o la voluntad, pues el fundamento consiste en la observación y toma de datos con la ayuda «únicamente» de las variables observables exclusivamente de modo directo. Tal es el ideal del empirismo: Francis Bacon, Newton, neopositivismo. La teoría es considerada como una caja negra.
• Las teorías representativas buscan la «esencia» o fundamento último que justifica el fenómeno y las leyes que lo describen. Tal es el ideal del racionalismo y la teoría de la justificación: Descartes, Leibniz. En relación con lo anterior Bunge propone considerarla como «caja negra traslúcida».^[7]​

 

. Normalmente, para que cualquier teoría sea aceptada dentro de la mayoría de los círculos académicos hay un criterio simple. El criterio esencial de toda teoría científica es que debe basarse en hechos observables y experimentos u observaciones repetibles. Dicho criterio es esencial para evitar el fraude y mantener la consistencia.

La característica que define todo el conocimiento científico, incluidas las teorías, es la capacidad de dar lugar a afirmaciones falsables y predicciones demostrables. La relevancia y especificidad de esas predicciones determinan la utilidad potencial de la teoría. Una supuesta teoría que no hiciera predicciones observables, no sería una teoría científica en absoluto. Las predicciones que no son lo suficientemente específicas para ser demostradas tampoco son útiles. En ambos casos, el término "teoría" no parece adecuado. Un cuerpo de descripciones del conocimiento puede llamarse teoría si cumple los siguientes criterios:

• Hace predicciones falsables con una precisión consistente en un área amplia de la investigación científica (como la mecánica).
• Está bien apoyada por muchos hilos independientes de evidencia, en lugar de un único fundamento.
• Es coherente con los resultados experimentales preexistentes y sus predicciones son al menos tan precisas como las de las teorías preexistentes.

• Es lógicamente consistente y no se contradice a sí misma (nótese que de una sólo contradicción se sigue cualquier proposición, por lo que una teoría inconsistente acaba siendo inútil).

Estas cualidades son ciertamente ciertas de teorías establecidas como la teoría de la relatividad, la mecánica cuántica, la tectónica de placas, la síntesis evolutiva moderna, etc.

Además, los científicos prefieren trabajar con una teoría que reúna las siguientes cualidades:

• Puede someterse a pequeñas adaptaciones para dar cuenta de los nuevos datos que no se ajustan perfectamente a ella, a medida que se van descubriendo, aumentando así su capacidad de predicción a lo largo del tiempo.^[8]​
• Se encuentra entre las explicaciones más parsimoniosas, económicas en el uso de entidades propuestas o pasos explicativos según la navaja de Occam. Esto se debe a que para cada explicación aceptada de un fenómeno, puede haber un número extremadamente grande, tal vez incluso incomprensible, de alternativas posibles y más complejas, porque siempre se pueden cargar las explicaciones fallidas con ad hoc para evitar que sean falsadas; por lo tanto, las teorías más simples son preferibles a las más complejas porque son más testables.^[9]​^[10]​^[11]​
• Hace predicciones cuantitativas, lo cual permite aplicar métodos estadísticos que permitan decidir si los resultados medidos se ajustan con la precisión requerida a las predicciones de la teoría, o la propia teoría predice resultados medibles algo diferentes a los realmente medidos.^[12]​^[13]​

En ciencia, se llama también teoría a un conjunto de proposiciones que permiten construir un modelo aproximado de la realidad, para el entendimiento de un conjunto de hechos empíricos. Un modelo específico es una descripción que permite hacer predicciones pero en general no permite hacer deducciones más allá de los supuestos del modelo, y en ese sentido los modelos no son sistemas hipotético-deductivos tan amplios como una teoría. Es decir, los modelos no explican datos cualitativamente diferentes de los que se usaron para formular el modelo, en cambio las teorías frecuentemente son aplicables a problemas completamente nuevos. Una teoría científica formal puede ser interpretada formalmente en un modelo formal donde los axiomas de la teoría así como las deducciones a partir de esos axiomas se satisfacen. Informalmente podría decirse que el modelo formal de una teoría es un "mundo imaginario" donde se satisfacen todas las predicciones de la teoría. En ese sentido, una teoría formal es adecuada para describir la realidad, si cualquier modelo formal de la teoría se asemeja al mundo real o situación empírica real que trata de explicar.

Una teoría científica es un tipo de teoría deductiva, ya que su contenido (es decir, los datos empíricos) puede expresarse dentro de un sistema formal de la lógica cuyas reglas elementales (es decir, las leyes científicas) se toman como axiomas. En una teoría deductiva, cualquier sentencia que es una consecuencia lógica de una o más de los axiomas es también una sentencia de la teoría.

Karl Popper describió las características de una teoría científica de la siguiente forma:^[14]​

1. Es fácil obtener confirmaciones, o verificaciones, para casi cualquier teoría, si es eso lo que buscamos.
2. Confirmaciones solo deben contar si son el resultado de predicciones arriesgadas, o sea, si, aún sin estar amparadas por la teoría en cuestión, deberíamos haber esperado un evento que fuera incompatible con la teoría - un evento que habría refutado la teoría.
3. Toda "buena" teoría científica es una prohibición: prohíbe que ciertas cosas ocurran. Cuantas más cosas prohíba una teoría, mejor se vuelve.
4. Una teoría que no es refutable por medio de algún evento concebible es una teoría no científica. El hecho de que una teoría sea irrefutable no es una virtud de la teoría (como usualmente creen las personas), sino un vicio de la misma.
5. Cada experimento genuino sobre una teoría es un intento de refutarla o demostrar su falsedad. Experimentabilidad es equivalente a la capacidad de demostrar su falsedad; pero existen grados de experimentabilidad: algunas teorías son más factibles para la experimentación, más expuestas a demostrar su falsedad, que otras; éstas toman, por su naturaleza, riesgos mayores.
6. La prueba que confirma una teoría no debe contar, excepto cuando es el resultado de un experimento genuino de la teoría; esto significa que puede ser presentado como un serio pero fallido intento de demostrar que la teoría es falsa. (Esto se refiere a aquellos casos en los que se presenta «prueba corroborativa».)
7. Algunas teorías sobre las cuales es posible ejecutar experimentos genuinos, cuando son encontradas falsas, pueden aún ser sostenidas por sus defensores, al introducir una premisa auxiliar, o al reinterpretar la teoría en ese momento de forma que la teoría escape la refutabilidad. Este procedimiento es posible, pero rescata la teoría de la refutabilidad solo para destruir, o al menos reducir, el estatus científico de la teoría.    

Popper resumió estos estatutos diciendo que el criterio central del estatus científico de una teoría es su "falsabilidad, refutabilidad o experimentabilidad." Haciendo eco de esto, Stephen Hawking afirma, "Una teoría es buena si satisface dos requerimientos: Debe describir de forma precisa una gran gama de observaciones sobre la base de un modelo que contenga solo unos cuantos elementos arbitrarios, y debe hacer predicciones definidas acerca de los resultados de futuras observaciones."^[15]​ Él también discute la naturaleza "imposible de probar, pero con posibilidad de ser refutadas" de las teorías, la cual es una consecuencia necesaria de la lógica inductiva, y que "usted puede probar que una teoría es falsa encontrando una sola observación que esté en desacuerdo con las predicciones hechas por la teoría."^[15]​

La mayoría de las teorías científicas además son una explicación científica de un conjunto de observaciones o experimentos. Una teoría científica está basada en hipótesis o supuestos verificados por grupos de científicos (en ocasiones, un supuesto no resulta directamente verificable, pero sí la mayoría de sus consecuencias) a modo de punto de partida o axiomas que sirven para hacer deducciones. Frecuentemente una teoría científica abarca varias leyes científicas verificadas y, en ocasiones, deducibles dentro de la propia teoría. Estas leyes pasan a formar parte de los supuestos e hipótesis básicas de la teoría, que englobará los conocimientos aceptados por la comunidad científica del campo de investigación y estará aceptada por la mayoría de especialistas.

En física, el término teoría generalmente significa una infraestructura matemática derivada de un pequeño conjunto de principios básicos capaz de producir predicciones de resultados experimentales para una categoría dada de sistemas físicos. Un ejemplo sería la "teoría electromagnética", que es usualmente tomada como sinónimo del electromagnetismo clásico, cuyos resultados específicos pueden derivarse de las ecuaciones de Maxwell.

Para que un cuerpo teórico dado pase a ser considerado como parte del conocimiento científico establecido, usualmente se necesita que la teoría produzca un experimento crítico, esto es, un resultado experimental que no pueda ser predicho por ninguna otra teoría ya establecida.

De acuerdo con Stephen Hawking en (Una breve historia del tiempo),

"Una teoría es buena si satisface dos requerimientos: debe describir con precisión una extensa clase de observaciones sobre la base de un modelo que contenga solo unos cuantos elementos arbitrarios, y debe realizar predicciones concretas acerca de los resultados de futuras observaciones."

Procede luego a afirmar:

"Cualquier teoría física es siempre provisional, en el sentido que es solo una hipótesis; nunca puede ser probada. No importa cuántas veces los resultados de los experimentos concuerden con alguna teoría, nunca se puede estar seguro de que la próxima vez el resultado no la contradirá. Por otro lado, se puede refutar una teoría con encontrar solo una observación que esté en desacuerdo con las predicciones de la misma".

No todas las teorías tienen el mismo valor. Las teorías más "poderosas" son las que combinan el máximo vigor y generalidad con la máxima exactitud, profundidad y verdad. Por ejemplo, una teoría que explique la habituación en todos los organismos es más general que otra que explique el mismo proceso únicamente en los invertebrados. Aun así se necesitan teorías de todas las potencias posibles.^[16]​

Sin embargo, no debe confundirse el valor práctico de una teoría con lo fundamental de una teoría. Las teoría se agrupan en jerarquías de más a menos fundamentales. Por ejemplo, la mecánica cuántica, puede explicar tanto la bioquímica, como muchos fenómenos físicos macroscópicos. La bioquímica es la base de una buena parte de las teorías biológicas. Sin embargo, no resulta práctico usar el entramado matemático de la mecánica cuántica para estudiar aspectos ciertos prácticos de la biología de un ser vivo, aunque en último término ciertas teorías biológicas, se fundamenten en la bioquímicas y estas se fundamenten en la física cuántica.

• Teoría
• Teoría (lógica)
• Método científico
• Consenso científico
• MC-14 (método científico en 14 etapas)
• Ciclo de la investigación científica

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• ¿En qué se diferencia una teoría de una ley científica?
• La diferencia entre una teoría y una ley científica